初二物理競(jìng)賽班春季第10講復(fù)習(xí)版講義(機(jī)械效率)

1、對(duì)人們有用的功叫有用功；對(duì)人們無用但不得不做的功叫額外功；有用功和額外功之和叫總功. 、機(jī)械效率有用功跟總功的比值叫機(jī)械效率通常用機(jī)械效率來表示有用功占總功的百分比，用表示，其表達(dá)式為W 100%，機(jī)械效率是一個(gè)比值，能反映機(jī)械性能的好壞，機(jī)械效率越高，做功性W總丿總、能越好.理解機(jī)械效率應(yīng)注意： 機(jī)械效率反映的是利用機(jī)械工作時(shí)，有用功在總功中所占百分比例的大小，機(jī)械效率的上下與 使用機(jī)械是否省力或省力的多少無關(guān). 由于有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1.只有理想機(jī)械，在 W額=0時(shí)，1 .機(jī)械效率 是小于1的數(shù)，沒有單位. 同一機(jī)械在不同情況下機(jī)械效率不一定相同.例如用動(dòng)滑輪提升重物，由

2、于被提升重物的重力 不同，動(dòng)滑輪的機(jī)械效率也不同，當(dāng)額外功根本不變時(shí)，在提升重物不同的情況下，同一機(jī)械 的機(jī)械效率也是不同的，隨著有用功數(shù)值的增大，機(jī)械效率也增大. 課本上給出的機(jī)械效率的公式有 100%是很抽象的，要想求出機(jī)械效率的數(shù)值，還須找出W總決定W有和W總的具體因素，女口 W Fs , W Gh等，進(jìn)一步推出求解公式，求得答案.、提高機(jī)械效率的方法要提高機(jī)械效率，就要盡量采取措施來減小額外功.主要方法有：改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，使它更合理，更輕巧減小機(jī)械重力；使用時(shí)要經(jīng)常保養(yǎng)、定時(shí)潤(rùn)滑減小機(jī)械間的摩擦.必須注意， 提高機(jī)械效率與生活中說的提高工作效率的含義是不同的，提高工作效率含有把工作做快一

3、點(diǎn)的意思，而 提高機(jī)械效率指的是提高有用功占總功的比例.【例1】09四川自貢滑輪組即能省力又能改變力的方向，建筑工人用自制的滑輪組把600N的重物緩慢提升2m，如右圖所示，繩自由端的拉力F=250N 拉力做的功是 _ J,該滑輪組的機(jī)械效率等于 ，假設(shè)不計(jì)一切摩擦和繩重，該滑輪組的動(dòng)滑輪重【答案】1500; 80% ; 150【例2】有一物體A，體積是I02m3，密度為8.0 103kg/m3，通過滑輪組使它水平向左勻速運(yùn)動(dòng)，速度為0.2m/s，受到滑動(dòng)摩擦力為 294N，手拉繩的力是105N，滑輪組的機(jī)械效率是 70% 1畫出滑輪組的裝配圖要求滑輪的個(gè)數(shù)最少；25s內(nèi)拉繩的距離是多少？3拉繩

4、的功率是多少？【答案】1W有用/W尸F(xiàn)f s物 /(F気)=Ff /(nF),所以 n Ff /( F) 294N/(70%105N) =4 .裝配圖略.2s繩 4s物 4v物t 4 0.2m/ s 5s= 4m .3pf 皀 105N 4m/(5s)=84W.t【例3】多項(xiàng)選擇全國(guó)初中物理競(jìng)賽河南賽區(qū)競(jìng)賽試題為了提高滑輪組的機(jī)械效率，以下措施中可行的是A 在可能條件下，盡量減少動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)及每個(gè)動(dòng)滑輪的質(zhì)量B 在可能條件下，盡量減少定滑輪的個(gè)數(shù)及每個(gè)定滑輪的質(zhì)量C.在可能條件下，盡量增加每次提升貨物的質(zhì)量D 改變繩子的繞法，盡量增加承擔(dān)重物及動(dòng)滑輪的繩子的股數(shù)E.在可能條件下，盡量加快每次提

5、升貨物的速度【解析】題意是要提高滑輪組的 機(jī)械效率'機(jī)械效率定義為鈴 100% 池 100%W總W有W額可見，要提高機(jī)械效率，一是要增大有用功，二是要減少額外功這樣，在可能的條件下，盡量減少動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)及每個(gè)動(dòng)滑輪的質(zhì)量是可行的另外，在可能的條件下，盡量增大每次提升貨物的質(zhì)量也是可行的，這樣做實(shí)際上是增大了 有用功，而額外功不變，因而提高了機(jī)械效率.答案：A、Cf «4v« "Wm甲乙【例4】07重慶模擬如下列圖，小明用兩個(gè)滑輪組成甲、乙兩種不同的省 力滑輪組.他分別用這兩種滑輪組把質(zhì)量相同的重物吊到等高的平臺(tái)上，兩次吊重物時(shí)他拉繩的速度相同.不計(jì)摩擦和繩

6、重，以下說法正確的選項(xiàng)是A 兩次吊物，小明所做的功和功率大小相同，甲裝置的效率高B .兩次吊物，小明所做的功、功率的大小和效率的上下都相同C.兩次吊物，小明所做的功率的大小和效率的上下相同，用甲裝置做的功多D 兩次吊物，小明所做的功的多少和效率的上下相同，用乙裝置時(shí)功率大【解析】?jī)纱伟奄|(zhì)量相同的重物吊到等高的平臺(tái)上，所以W Fs相同，即功的多少相同，又因?yàn)橹匚锖蛣?dòng)滑輪的質(zhì)量一定，所以效率的上下相同，又因?yàn)槔K的速度相同，設(shè)為v,那么甲上升速度為v,乙上升速度為1，功率P Fv，所以乙裝置功率大， D為正確答案.32【答案】D【例5】09江西如下列圖，是 2021北京殘奧會(huì)開幕式最后一棒火炬手侯

7、斌，靠自己雙手的力量， 攀爬到火炬臺(tái)底部并最終點(diǎn)燃圣火的照片，該點(diǎn)火儀式充分表達(dá)了殘疾人自強(qiáng)自立、拼搏向 上的勇氣和精神.他和輪椅總質(zhì)量為80kg，攀爬高度39m，歷時(shí)約3min20s.1如果不計(jì)機(jī)械裝置的額外功，求他的平均功率多大？2小明同學(xué)看到火炬手攀爬很費(fèi)力，想到物理課上學(xué)過利用滑輪組可以省力小明同學(xué)如果站在地面上，用如下列圖哪個(gè)滑輪組拉起火炬手侯斌最適宜，理由是什么？如果該滑輪組機(jī)械效率為80%，求小明同學(xué)的拉力至少要多大？g取I0N/kgawe書1MWI!Wk|初二物理競(jìng)賽班|第10F1f ：【答案】1P = W/t = Gh/t= mgh/t = 80kgX10N/kg X39m/

8、200s= 156W2D滑輪組.拉力方向向下且更省力/ n= W有用/W總=Gh/Fs= Gh/4Fh = G/4FF = G/4n= 80kgX10N/kg/4X0.8= 250N【例6】07江蘇模擬禾U用圖所示的甲、乙兩滑輪組，在相同時(shí)間內(nèi)用力和F2把質(zhì)量相等的物體 G和g2提升到相同的高度，如果1和2分別表示甲、乙兩滑輪組的機(jī)械效率，用P和P2分別表示F1和F2所做功的功率，那么A 1> 2 ,B 1> 2, P 巳C 1> 2, P1v P2D 1 2 , R P2【解析】由得，把質(zhì)量相等的重物提升相同的高度，那么甲、乙兩組滑輪組所做的 題圖可知在提升重物的同時(shí)甲提升

9、一個(gè)動(dòng)滑輪，乙提升兩個(gè)動(dòng)滑輪，故 W總v W總2，又在相同的時(shí)間，所以 Rv P2,1>【答案】C'能力提高-二 I .-一.【例7】【解析】W有用 Gh相同，由W額i v W額2，即小馬用如下列圖滑輪組抬高重5N的小車假設(shè)不考慮摩擦和繩重，請(qǐng)你計(jì)算以下問題:1假設(shè)不計(jì)動(dòng)滑輪重量，繩子自由端彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是多大？2假設(shè)考慮動(dòng)滑輪重量，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是2.5N，那么該滑輪組的機(jī)械效率是多大？3當(dāng)動(dòng)滑輪總重超過多少時(shí)，使用該滑輪組提升該小車不再省力?G 11F5N =1.25N .n 4測(cè),'J il2W有用 Gh , W總 Fs,W有用宜旦50%W總Fs F 4h3

10、當(dāng)F > G物時(shí)，不省力.-G物 G動(dòng)，即卩5N+G動(dòng)5N ,44G總 1-Fn 4 G動(dòng)15N , A當(dāng)動(dòng)滑輪總重超過15N時(shí)不再省力【例8】用滑輪組勻速提升1400N的物體，繩子的自由端的拉力是400N，拉力的功率是800W .滑輪組的機(jī)械效率是70%，求：1重物上升的速度；2假設(shè)用此滑輪組提升1900N的物體，每段繩子承擔(dān)的力是多少？不計(jì)繩子和滑輪的摩 擦【解析】1因W有用=p有用t ,W= p、t ,P有用P、0.7 800W = 560W .物體勻速提升，克服重力的功率即為有用功率，那么P有用560W 門，,v=0.4m/s G 1400N2當(dāng)用此滑輪組提升1900N的物體時(shí)，

11、機(jī)械效率會(huì)發(fā)生變化，但動(dòng)滑輪的重力不變，承擔(dān) 重物和動(dòng)滑輪的繩子段數(shù)不變.GhG 1400,n5 FnhF 0.7 400設(shè)動(dòng)滑輪的重力為 G0 ,由W總 W有用 W額，得F 5h Gh G0h ,G0 (5 400 1400)N =600N .當(dāng)提升 G 1900N 的物體時(shí)，|初二物理競(jìng)賽班教師版|第10講 -3因有5段繩子承擔(dān)重量，故每段繩子承擔(dān)的力是:【例9】07北京101中如下列圖的是用甲、乙兩個(gè)滑輪組提升重物物重輪組中動(dòng)滑輪重G甲與G1之比是1:5;乙滑輪組中兩個(gè)動(dòng)滑輪總重1-2500N=500N5G1與G2之比是2:1，甲滑 G乙與G2之比是3:5不計(jì)摩-G總重5【解析】【例10

12、】【答案】擦，求:1甲、乙兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率之比是多少2拉繩的力F1與F2之比是多少？ 1由機(jī)械效率的概念可知%W有1W1W有 1 W®1W有 2W有22G1h1G1h16甲0G?h2W 2 Wt 2 W® 2 G2h2 G乙 h2所以兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率之比為2因?yàn)镚乙G2W有W總丿總、兩次拉力之比：旦因?yàn)椋荷獹2一斜面的高位GhFs所以-2GhFnhG11厲G22n24n13，n2G1G1 G甲G2G2 G乙G1G1G甲> G2G2G乙3G/ G2G2)51G15G2( G1，所以FnG12口2G2 1口13，所以：J4F2h，長(zhǎng)為s,該斜面的機(jī)械效率為G/ G

13、2G2( G1351 + 152G22 4433 2 3n現(xiàn)使重為G2那么物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小為A.Gh/ n s+G B.Gh/ n-G C.(Gh/ n s+Gh)/s D.(Gh/ n-Gh)/s DG乙)G甲)G的物體沿斜面勻速向上移動(dòng),【例11】如下列圖是差動(dòng)滑輪裝置，兩個(gè)連在一起的定滑輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，繩在滑輪上不滑動(dòng)，設(shè)拉力為F，物體重力為 G,大定滑輪半徑為 R，小定滑輪半徑為r,那么機(jī)械效率為A. GrB. GrC G(R r)D G(R r)FR2FR2FRFR【答案】C【例12】轆轤的軸半徑r=20厘米，搖把到軸線的距離輪半徑R=50厘米,利用轆轤的動(dòng)滑輪的裝【答案】【例1

14、3】置，把質(zhì)量為54千克的物體勻速提起來，假設(shè)實(shí)際加在搖把上的力 設(shè)滑輪的機(jī)械效率為；31294 280%90%，作用在轆轤上的力是 整個(gè)裝置的機(jī)械效率是3螺旋千斤頂?shù)穆菥嗍?5mm,手柄末端到螺桿軸線的距離為牛;F=147 牛，求：1假2丨轆轤的機(jī)械效率400mm .如果用它來舉起 2 X104 nN ;假設(shè)此千斤頂?shù)臋C(jī)械效率為 70%，那么作用的工件，作用在手柄末端的力至少是 在手柄末端的力應(yīng)是【答案】39.8; 56.9【例14】【解析】河南省初中物理競(jìng)賽初賽試題用圖所示的滑輪組提升水中的物體A，假設(shè)物體的質(zhì)量為140kg，體積為60dm3，動(dòng)滑輪總重為200N , g取10N/kg，問

15、：1物體A在水中被勻速提升時(shí)，繩端拉力是多少？此時(shí)滑輪組機(jī)械效率是多少 ？2如果動(dòng)滑輪的掛鉤用鋼絲繩和物體相連，為了使物體在逐漸上升至全部離開水面后穿過滑輪組的繩子不被拉斷，那么我們應(yīng)選擇能承受的最大拉力為多少的繩子?此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率又是多少？要求物體A在水中時(shí)繩子自由端的拉力，必須先求出物體A在水中所受的浮力，因?yàn)榇藭r(shí)滑輪組要克服的有用阻力并不等于A的物重，而是視重 GA，且GA GA F浮當(dāng)物體A逐漸上升離開水面過程中隨著浮力的減小，視重G將增大，繩端拉力也將增大，當(dāng)物體A全部離開水面后，滑輪組需克服的有用阻力等于GA，此時(shí)繩端拉力最大，求出這個(gè)最大拉力，我們就能選擇穿過動(dòng)滑輪的繩子了

16、.1因?yàn)榻]，所以V排 VA 60 10 3m3 , F浮水gV排600N.GA GA F浮 mAg F浮 140kg 10N/kg 600N800N.|初二物理競(jìng)賽班教師版|第10講 -5442022 春孝【例15】【解析】【例16】【解析】W 100% 害 100%250 4100%80%.2當(dāng)物體GamaxFnFmax nA全部露出水面后Fmax100%400 4此時(shí)應(yīng)選擇能承受的最大拉力為上海市初中物理競(jìng)賽初賽試題100%87.5%.G 動(dòng))-(1400N200N)4400N的繩子.如下列圖的簡(jiǎn)單機(jī)械是由固定的斜面和滑輪組成的，假設(shè)斜面的長(zhǎng)L與斜面高h(yuǎn)的比值為80%,那么使用該機(jī)械將重

17、物沿斜面緩慢上拉的過程中, 所受重力G的比值為.:L 2h，由機(jī)械效率的定義知而 80%，即-80100 4F400N,W有Gh2LGh GF 4h 4F作用力F與重物2，整個(gè)機(jī)械的效率為故作用力F與重物所受重力G的比值為FG如下列圖為由斜面結(jié)合滑輪組構(gòu)成的組合機(jī)械.1003205-.答案:16假設(shè)斜面的機(jī)械效率為1 ,滑輪組的機(jī)械效率為2，試證整個(gè)組合機(jī)械的總效率 1 2 .整個(gè)組合機(jī)械的總效率應(yīng)該仍由機(jī)械效率的定義W有用 100%來確定，可設(shè)想作用在滑輪組上的力為 體在力的作用下由斜面底端滑至頂端設(shè)物重為G,I，高為h，滑輪組沿斜面方向拉物體的力為F'.利用滑輪組所做的總功，就是對(duì)

18、組合機(jī)械做的總功，那么 滑輪組拉物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的有用功為W有用FI .這個(gè)有用功就是力 F '拉物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的總功 W有用 物體沿斜面由底端升至頂端的有用功為W有用Gh .斜面長(zhǎng)為W總丿總、根據(jù)機(jī)械效率定義，有 1Gh100% , 2 FlI100% 旦 100%3FI詁 100%，516GF，物V/3IF .Gh 100% ,3FI所以 魚100% Ghh3FIF I評(píng)注：以上結(jié)果雖然從斜面與滑輪組這一組合機(jī)械證得，但對(duì)任何組合機(jī)械來說都是成立 的.由于1仁 2 1，所以 1或2，即組合機(jī)械越復(fù)雜，其機(jī)械效率越低.F/ /【例17】如圖，彈簧秤重力不計(jì)，動(dòng)滑輪效率為75%，

19、在拉力F作用下，物體A以5cm/s的速度在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為3N，求：1物體A受到的摩擦力和拉力 F的大?。?拉力F在4s內(nèi)做的功和拉力 F的功率.【解析】1由于考慮機(jī)械的效率，所以滑輪兩邊兩股繩子的拉力并不相等，彈簧秤的讀數(shù)反映上邊 那股繩子的拉力，下邊那股繩子的拉力與A受到的摩擦力是一對(duì)平衡力.由圖可知，滑輪移動(dòng)距離是 A物體移動(dòng)距離的一半.據(jù)-有用 100%，得 F 2fW 總F _s2對(duì)于動(dòng)滑輪，水平方向受力平衡：f 3N F 0.75F 2 fF 4.8N由聯(lián)立，可得，得f 3N Ff 1.8N12在4s內(nèi)，拉力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離 s 5cm/s 4s 10c

20、m 0.1m.20.48JFs 4.8N 0.1m 0.48J. P0.12t 4s竺實(shí)戰(zhàn)演練.-1. 多項(xiàng)選擇為了提高滑輪組的機(jī)械效率，以下措施中可行的是A 在可能條件下，盡量減少動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)及每個(gè)動(dòng)滑輪的質(zhì)量 B 在可能條件下，盡量減少定滑輪的個(gè)數(shù)及每個(gè)定滑輪的質(zhì)量C.在可能條件下，盡量增加每次提升貨物的質(zhì)量D 改變繩子的繞法，盡量增加承擔(dān)重物及動(dòng)滑輪的繩子的股數(shù)E.在可能條件下，盡量加快每次提升貨物的速度【解析】題意是要提高滑輪組的 機(jī)械效率.機(jī)械效率定義為腭有100%W有100%W總有 %可見，要提高機(jī)械效率，一是要增大有用功，二是要減少額外功這樣，在可能的條件下，盡量減少動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)

21、及每個(gè)動(dòng)滑輪的質(zhì)量是可行的另外，在可能的條件下，盡量增大每次提升貨物的質(zhì)量也是可行的，這樣做實(shí)際上是增大了 有用功，而額外功不變，因而提高了機(jī)械效率.答案：A、C2. 09成都如下列圖，工人利用動(dòng)滑輪在10 s內(nèi)將重為100N的重物包括桶沿豎直方向勻速向上提升了 5m.假設(shè)該動(dòng)滑輪重10N ,忽略繩與滑輪之間的摩擦， 不計(jì)空氣阻力，那么以下說法正確的選項(xiàng)是2022 春孝G動(dòng) 4Fi Gi 4 20N50N30N ,當(dāng)物重g290N 時(shí)，4F2G2G 動(dòng)，F(xiàn)2(G2G 動(dòng)=i(90N+30N ) =30N 444當(dāng)繩上拉力為最大值F360N時(shí)，所吊物體最重，設(shè)為 G3 , 4F3G3 4F3- G動(dòng)=4 60N 30N=210NA .提升過程中，繩的拉力F做了 500J的功B .提升過程中，繩的拉力F做了 550J的功C.提升過程中，繩的拉力F做功的功率是50WD .該滑輪裝置的機(jī)械效率是100%【答案】B3. 如下列圖裝置，繩重及摩擦不計(jì) .1如要充分利用圖示的 3個(gè)滑輪，請(qǐng)畫出該滑輪組完整的繞線；2當(dāng)重物為50N時(shí)，繩端需用